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C++模板之——类模板详解及代码示例

2024-01-09 77
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简介： C++模板之——类模板详解及代码示例

引言

上一篇文章，我们聊了C++的函数模板，今天我们来聊聊类模板。

一、类模板

1.1 作用

建立一个通用类，类中的成员和数据类型可以不具体指定，使用一个虚拟的类型来代替。

语法：

template<typename T>
类声明或者定义

说明：

template —— 表明要创建类模板。

typename —— 表示一种数据类型，可以用 class 代替， T 就是具体的名称，通常为大写字母。

1.2 代码示例
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
// 类模板
template<class nameType, class ageType>
class Person{
public:
    Person(nameType name, ageType age){
        this->m_name = name;
        this->m_age = age;
    }    
    nameType m_name;
    ageType m_age;
};
int main(int argc, char* argv[])
{
    Person<string, int> p1("panda", 20);
    std::cout << "p1.name: " << p1.m_name << " p1.age: "<< p1.m_age<< std::endl;
    return 0;
}
1.2 类模板与函数模板的区别
  • 类模板没有自动类型的推到使用方法
  • 类模板可以再模板参数列表中有默认参数类型
// 类模板
template<class nameType, class ageType = int> // ageType类型默认为int
class Person{
public:
    Person(nameType name, ageType age){
        this->m_name = name;
        this->m_age = age;
    }    
    nameType m_name;
    ageType m_age;
};
int main(int argc, char* argv[])
{
    Person<string, int> p1("panda", 20);
    std::cout << "p1.name: " << p1.m_name << " p1.age: "<< p1.m_age<< std::endl;
    // Person p("panda", 20); // 错误，不能自己推导数据类型
    Person<string> p2("lwang", 20);
    std::cout << "p2.name: " << p2.m_name << " p2.age: "<< p2.m_age<< std::endl;
    return 0;
}

运行结果：

1.3 类模板中成员函数创建时机
  • 普通类函数成员一开始就可以创建出来
  • 类模板中的函数成员只有在调用的时候才创建

示例：

class Student{
public:
    void showStudentInfo()
    {
        std::cout << "Student show." << std::endl;
    }
};
class Teacher{
public:
    void showTeacherInfo()
    {
        std::cout << "Teacher show." << std::endl;
    }
};
template<class T>
class Person{
public:
    T obj;
    // 成员函数
    void func1()
    {
        obj.showStudentInfo();
    }
    void func2()
    {
        obj.showTeacherInfo();
    }
};
int main(int argc, char* argv[])
{
    Person<Student> pStu;
    pStu.func1();
    // pStu.func2();  // 在确认Person的T的类型为Student后，编译器发现obj没有func2，编译报错
    Person<Teacher> pTe;
    // pTe.func1(); // 在确认Person的T的类型为Teacher后，编译器发现obj没有func1，编译报错
    pTe.func2();
    return 0;
}

运行结果：

1.4 类模板对象作为函数的参数如何传递

类模板实例化出的对象，作为函数的参数传递的方式有三种：

  1. 显示指定传入的类型
  2. 参数模板化
  3. 整个类模板化
template<class nameType, class ageType = int> // ageType类型默认为int
class Person{
public:
    Person(nameType name, ageType age){
        this->m_name = name;
        this->m_age = age;
    }    
    nameType m_name;
    ageType m_age;
};
void showPerson1(Person<string> &p)
{
    std::cout << "p.name: " << p.m_name << " p.age: "<< p.m_age<< std::endl;
}
template<class T1, class T2>
void showPerson2(Person<T1, T2>& p)
{
    std::cout << "p.name: " << p.m_name << " p.age: "<< p.m_age<< std::endl;
    // std::cout << "T1 type is: " << typeid(T1).name() << std::endl;
    // std::cout << "T2 type is: " << typeid(T2).name() << std::endl;
}
template<class T>
void showPerson3(T& p)
{
    std::cout << "p.name: " << p.m_name << "   p.age: "<< p.m_age<< std::endl;
    // std::cout << "T type is: " << typeid(T).name() << std::endl;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    // 1. 显式指定参数类型
    Person<string> p("panda", 20);
    showPerson1(p);
    Person<string, int> p1("lwang", 35);
    // 2. 参数模板化
    showPerson2(p1);
  // 3. 整个类模板化
    Person<string, int> p2("lyz", 18);
    showPerson3(p2);
    return 0;
}

运行结果：

1.4 类模板与继承
// 类模板父类
template<class T>
class Base{
public:
    T m_a;
};
// 1. 子类必须知道父类T的类型
// class Derive : public Base{}; // 错误
class Derive : public Base<char>{
public:
    Derive(){
        std::cout << "T type is: " << typeid(m_a).name() << std::endl;
    }
};
// 2.如果想灵活指定父类中的参数类型，子类也必须为类模板
template<class T1, class T2>
class Derice_II: public Base<T2>{
public:
    Derice_II(){
        std::cout << "T1 type is: " << typeid(T1).name() << std::endl;
        std::cout << "T2 type is: " << typeid(T2).name() << std::endl;
    }
    T1 m_b;
};
int main(int argc, char* argv[])
{
    Derive d;
    Derice_II<int, char> d_II; // T1-->int   T2-->char
    return 0;
}

运行结果：

其中 c 表示 char 类型， i 表示 int 类型。

小结：如果父类是类模板，子类需要指定父类中T的类型。

1.5 类模板成员函数的类外实现
// 类模板
template<class nameType, class ageType> 
class Person{
public:
    Person(nameType name, ageType age);    // 类内声明
    // Person(nameType name, ageType age)  // 类内实现
    // {
    //     this->m_name = name;
    //     this->m_age = age;
    // }    
    void show(); // 类内声明
    // void show()  // 类内实现
    // {
    //     std::cout << "name: " << m_name << " age: "<< m_age << std::endl;
    // }
    nameType m_name;
    ageType m_age;
};
// 构造函数的类外实现
template<class nameType, class ageType>
// Person::Person(string name, int age) // 普通类的构造函数实现
Person<nameType, ageType>::Person(nameType name, ageType age)
{
    this->m_name = name;
    this->m_age = age;
}
// 普通成员函数的类外实现
template<class nameType, class ageType>
// Person::show() // 普通类的构造函数实现
void Person<nameType, ageType>::show(){
    std::cout << "name: " << m_name << " age: "<< m_age << std::endl;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    Person<string, int> p("panda", 20);
    p.show();
  return 0;
}
1.6 类模板分文件编写存在的问题及解决

由于类模板中的成员函数是在调用阶段才创建，导致分文件编写时，链接不到。

解决方案：

  1. 直接包含.cpp源文件
  2. 将声明和实现写在一个文件里，命名为.hpp
1.6.1 分文件编写

Person.h 头文件

#program once
#include 
// 类模板
template<class nameType, class ageType> 
class Person{
public:
    Person(nameType name, ageType age);  
    void show(); 
    nameType m_name;
    ageType m_age;
};

Person.cpp 源文件

#include "Person.h"
// 构造函数的类外实现
template<class nameType, class ageType>
Person<nameType, ageType>::Person(nameType name, ageType age)
{
    this->m_name = name;
    this->m_age = age;
}
// 普通成员函数的类外实现
template<class nameType, class ageType>
void Person<nameType, ageType>::show(){
    std::cout << "name: " << m_name << " age: "<< m_age << std::endl;
}
1.6.2 合并为一个.hpp文件

Person.hpp 源文件

#include <iostream>
using namespace std;
template<class nameType, class ageType> 
class Person{
public:
    Person(nameType name, ageType age);  
    void show(); 
    nameType m_name;
    ageType m_age;
};
// 构造函数的类外实现
template<class nameType, class ageType>
Person<nameType, ageType>::Person(nameType name, ageType age)
{
    this->m_name = name;
    this->m_age = age;
}
// 普通成员函数的类外实现
template<class nameType, class ageType>
void Person<nameType, ageType>::show(){
    std::cout << "name: " << m_name << " age: "<< m_age << std::endl;
}

测试代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include "Person.hpp"
int main(int argc, char* argv[])
{
    Person<string, int> p("panda", 20);
    p.show();
    return 0;
}
1.7 类模板与友元函数
#include <iostream>
#include <string>
// 提前声明类模板Person
template<class nameType, class ageType>
class Person;
// 这是OuterPrintPerson函数模板的实现，写在前面让编译器先知道有该函数模板的存在
// 又因为该函数模板用到了类模板Person，还要提前声明类模板Person
template<class nameType, class ageType>
void OuterPrintPerson(Person<nameType, ageType>& p){
    std::cout << "OuterPrintPerson -- name: " << p.m_name << " age: "<< p.m_age << std::endl;
}
// 类模板
template<class nameType, class ageType> 
class Person{
public:
    Person(nameType name, ageType age){
        this->m_name = name;
        this->m_age = age;
    }    
    // 全局函数类内实现
    friend void InternalPrintPerson(Person<nameType, ageType>& p){
        std::cout << "InternalPrintPerson -- name: " << p.m_name << " age: "<< p.m_age << std::endl;
    }
    // 全局函数类外实现
    // OuterPrintPerson<>添加<>空模板参数列表，表示这是OuterPrintPerson函数模板的声明
    // 如果是类外实现，需要让编译器提前知道该函数模板的存在
    friend void OuterPrintPerson<>(Person<nameType, ageType>& p); // 函数声明
private:
    nameType m_name;
    ageType m_age;
};
int main(int argc, char* argv[])
{
    Person<string, int> p("panda", 20);
    InternalPrintPerson(p);
    OuterPrintPerson(p);    
    return 0;
}

运行结果：

小结：

  • 全局函数类内实现，直接在类内声明友元即可
  • 劝酒函数类外实现，需要让编译器知道全局函数的存在

文章参考与<零声教育>的C/C++linux服务期高级架构系统教程学习:

文章标签：
C++
编译器
关键词：
C++类
C++代码
C++模板
C++类模板
C++模板类
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